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       在日常生活中，我们的家庭用途、医疗用途、食品和餐饮部门、农业和工业应用以及两者之间的一切都依赖于锋利的刀片。 在我们的社会中，没有哪个角落不是受益于现成的锋利刀片。 与我们家庭和工作场所对锋利刀片的需求密不可分的是，我们与锋利刀刃的磨钝(磨损)进行着一场古老而无情的斗争。 
       有些刀片，比如小刀，我们会努力保持顶端的形状，它们需要经常注意保持它们的边缘适当的锋利。 其他的刀片被视为消耗品，当它们失去锋利时就会定期更换。 不锈钢的切削刃就像剃须刀片上的刃口一样，开始时刃口非常锋利，刃口上可能会添加一层比钢本身更硬的涂层，就像金刚石、非晶金刚石或类金刚石碳。 这些涂层的作用是增加叶片的强度和提高其耐腐蚀性。应用于剃须刀切削刃的硬涂层允许更薄的边缘，并允许施加较低的切削力。

       刀具和手术刀等刃口需要定期打磨以保持锋利，但剃须刀等消耗品的刃口一旦变钝就会被迅速处理掉。在精确设计的刀片上发生的这种普遍的锋利损失令人惊讶地发生在切割比刀片本身柔软得多（约50倍）的材料之后。

       他的这一现象已被仔细研究，以确定剃须刀片是如何仅通过剪人的头发而受损的。已经发现，剃须头发会使刀片变形，其方式比最初想象的要复杂得多。剃须不会随着时间的流逝而简单地磨损边缘。麻省理工学院的研究表明，即使是一根头发，在某些条件下也会导致剃须刀片的边缘碎裂。进一步的检查表明，一旦形成初始裂缝，刀片就容易形成进一步的碎片和裂缝，这些碎片和裂缝会迅速积聚并很快使剃须刀的边缘变钝。

       已经确定刀片的微观结构在刀片边缘的碎裂中起着至关重要的作用。从逻辑上讲，如果钢的微观结构不均匀，刀片更容易碎裂和开裂。除了钢微观结构的缺陷外，引发裂纹的另一个因素是叶片与发丝的接近角度。

       探索金属的微观结构为控制其最终变形的因素提供了线索。对剃须过程的研究包括通过扫描电子显微镜在每次剃须后对剃须刀边缘进行成像。这个过程使工程师能够跟踪刀片的边缘如何随着时间的推移而磨损和变钝。

       扫描电子显微镜成像已经证实，不是磨损使刀片变钝，而是沿着剃须刀边缘形成碎片和裂缝。碎裂仅限于刀片上的某些位置，并且主要发生在被剪头发弯曲时。然而，从成像中可以明显看出，以垂直于刀片的角度切割头发不会导致碎裂。

单毛扫描电子显微镜(SEM)剃毛实验. Credit: Gianluca Roscioli, Tasan Group at MIT

       进一步的研究表明，至少有三个因素在起作用，所有这些因素共同导致刀片边缘碎裂。当刀片以一定角度撞击头发时，当刀片由异质钢组成时，当头发的边缘在其结构的薄弱点遇到异质钢刀片时，故障最有可能发生。这种情况被称为应力强化，当硬质材料的结构已经具有微裂纹时，可能会发生这种情况。非均质钢中的初始微裂纹使裂纹能够长成碎片，即使应力是由软材料施加的。

       随着对影响锋利边缘钝化的因素的复杂性有了更深入的了解，就可以设想出问题的解决方案。 如果厨师直接切食物，而不是斜切，菜刀的锋利程度可能会保存得更久。 此外，刀片制造商可以研究使用更均匀的材料生产更耐碎屑刀片，将保持其锋利的时间更长。  

       因此，我们的目标是制造更多的耐碎屑刀片，从而使它们使用寿命更长。 实现这一目标的关键之一是将用于刀片的钢材加工成更均匀的形式。 

Further information: G. Roscioli el al., “How hair deforms steel,” Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aba9490

关键词： 锋利的刀片、 钝的、 钝边、 异质钢、 磨损、均质材料、应力强化、叶片变形、锋利、刀、剃刀刀片